JP2000143810A - 水素シルセスキオキサン樹脂の製造方法 - Google Patents

水素シルセスキオキサン樹脂の製造方法

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JP2000143810A JP10328143A JP32814398A JP2000143810A JP 2000143810 A JP2000143810 A JP 2000143810A JP 10328143 A JP10328143 A JP 10328143A JP 32814398 A JP32814398 A JP 32814398A JP 2000143810 A JP2000143810 A JP 2000143810A
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レスリー・アール・カーペンター・セカンド
Tetsuyuki Michino
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アリールスルホン酸等を用いても、再利用で
きないアリールスルホン酸等を生じさせない水素シルセ
スキオキサン樹脂の製造方法を提供する。 【解決手段】 硫酸と、硫酸によりスルホン化されず水
と後記有機相の両方に溶解可能な有機スルホン酸とを含
む水相と、この有機スルホン酸を溶解可能で硫酸と反応
しないハロゲン化炭化水素溶媒からなる有機相との2相
系に、HSiCl 3 の上記ハロゲン化炭化水素溶媒の溶
液を添加し、攪拌する、水素シルセスキオキサン樹脂の
製造方法。但し、上記水(上記界面活性剤が水和水を有
するときはこれを包含する)と硫酸の合計量に占める当
該硫酸の割合が80〜96wt%であり、且つ上記界面活
性剤が上記有機相中で0.008モル/L以上存在す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トリクロロシラン
(HSiCl3 )を加水分解縮合することにより水素シ
ルセスキオキサン樹脂を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】水素シルセスキオキサン樹脂は、シリカ
含有セラミック被覆への有用な前駆物質であることが当
技術分野で知られている。例えば、米国特許No.475
6977号明細書には、水素シルセスキオキサン樹脂を
溶媒で希釈し、基材に適用し、そして加熱によりセラミ
ック化させる、被膜の形成方法が記載されている。
【0003】トリクロロシランを直接水と接触させて加
水分解縮合させると、反応が急激に起こって、生じた樹
脂がゲル化する。このため従来よりこのゲル化を防ぎつ
つトリクロロシランの加水分解縮合物である水素シルセ
スキオキサン樹脂を作る方法が種々考案されてきた。
【0004】例えば、特公昭47−31838号公報に
は、炭化水素溶媒に溶解したトリクロロシラン溶液を、
濃硫酸と芳香族炭化水素とよりなる二相反応媒質中で混
合しながら加水分解縮合させて水素シルセスキオキサン
樹脂を作ることが開示されている。この場合、前記濃硫
酸と芳香族炭化水素が反応してアリールスルホン酸水和
物が生成し、この水和物の水和水が前記トリクロロシラ
ンの加水分解縮合に寄与する。そして有機相からは加水
分解縮合により生じた水素シルセスキオキサン樹脂が得
られ、濃硫酸の相からは濃硫酸、アリールスルホン酸水
和物及び水和していないアリールスルホン酸の混合物が
得られる。前記水和していないアリールスルホン酸は大
量に得られる。本発明者等の実験によれば、この濃硫酸
の相中のアリールスルホン酸を回収して再使用しようと
してこの相に水を加えると、理由はわからないが沈殿が
生じ、このアリールスルホン酸は再利用できないことが
見いだされた。このため多量の有機溶媒と硫酸の損失が
生じていた。
【0005】特開平6−41518号公報には、アリー
ルスルホン酸水和物を含有している加水分解媒体を攪拌
しつつこれにトリクロロシランを含有している溶液を加
えて水素シルセスキオキサン樹脂を形成させる方法が記
載されている。この公報は、具体的には、上記アリール
スルホン酸水和物を含有している加水分解媒体を作る方
法として、トルエン又はベンゼンに濃硫酸を加える方法
を記載している。そして形成されたアリールスルホン酸
水和物中の水和水をトリクロロシランの加水分解縮合に
利用することを記載している。この文献もまた、生成し
た水和していないアリールスルホン酸を如何にして再利
用するか、或いは如何にして有機溶媒及び硫酸を回収す
るかについては何も開示していない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、使用
される溶媒、硫酸及び界面活性剤の損失を生じることな
く、これらのほぼ全ての再利用が可能となる水素シルセ
スキオキサン樹脂の製造方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記水相
(I)及び有機相(II)とからなる2相系中において、
トリクロロシラン(HSiCl3 )の加水分解縮合を行
うことを特徴とする水素シルセスキオキサン樹脂の製造
方法である: (I)水相:芳香族スルホン酸又は脂肪族スルホン酸か
ら選ばれる有機スルホン酸と硫酸が溶解された水溶液で
あり、前記硫酸は水相中に存在する硫酸と水(前記有機
スルホン酸が水和物であるときは、それに含まれる水和
水も含まれる)の合計重量のうち80重量%以上、96
重量%以下の範囲にあるもの;及び (II)有機相:前記トリクロロシランを溶解可能であ
り、硫酸に対して実質的に反応性を有しないハロゲン化
炭化水素溶媒に前記有機スルホン酸が0.008モル/
リットル以上溶解してなる溶液;ここに、前記2相を形
成するために添加される硫酸、有機スルホン酸及び必要
に応じて添加される水の合計重量に占める前記有機スル
ホン酸(水和物であるときはそれに含まれる水和水の重
量を除く)の重量割合は5重量%以上である。
【0008】本発明における水相は上に述べたように、
水と多量の硫酸と大部分の有機スルホン酸から本質的に
なる。この水相中の硫酸の濃度は、水相中に存在する水
と硫酸の合計重量のうち80重量%以上、96重量%以
下の範囲にあることが必要である。尚、ここで「水相中
に存在する水」の中には、水相に投入した硫酸水溶液に
含まれる水や水相中において水和水を有する有機スルホ
ン酸から分離した水も当然含まれる。硫酸濃度がこの範
囲を外れた場合、他の要件が本発明の構成要件を満たし
ていても、収率が著しく低下する。尚、前記水相を形成
するために使用される硫酸は硫酸水溶液でも、100%
硫酸でも発煙硫酸でもかまわない。これらは通常、硫酸
水溶液として水相形成のために添加される。この硫酸が
含むことのある水及び前記有機スルホン酸が有すること
のある水和水の量が、前記トリクロロシランの加水分解
縮合に不充分なときは、別に水を添加する必要がある。
【0009】本発明において有機相に使用される前記ハ
ロゲン化炭化水素溶媒としては、トリクロロシランと前
記の界面活性剤のいずれをも溶解することができ、か
つ、硫酸に対して実質的に反応性を有しないものが選択
される。ここで、実質的に反応性を有しないとは、ハロ
ゲン化炭化水素溶媒と硫酸とを、本発明製造方法に供し
た際に、全く反応しないこと、または反応速度が極めて
遅いため、実用上問題となるレベルで溶媒が反応により
消費されないことを意味する。このようなハロゲン化炭
化水素溶媒の例としては、脂肪族ハロゲン化炭化水素溶
媒、特に炭素数3以上12以下のもの、及び芳香族ハロ
ゲン化炭化水素溶媒、特に炭素数6以上18以下のもの
が挙げられる。具体的には、次のものを例示できるが、
これらに限定されるものではない:塩化イソプロピル、
1−クロロプロパン、1−クロロブタン、1−クロロペ
ンタン、1−クロロオクタン、トリクロルエチレン、パ
ークロルエチレン、ブロムベンゼン、クロロベンゼン、
o−ジクロロベンゼン、及びp−トリフルオロメチルク
ロロベンゼン。これらのうち、硫酸との非反応性、収率
等を考慮すると次のものをより好適な溶媒として挙げる
ことができる:塩化イソプロピル、1−クロロペンタ
ン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、p−トリ
フルオロメチルクロロベンゼン(パラCF3 −C6 4
−Cl)。
【0010】本発明に使用される有機スルホン酸は、本
発明製造方法において使用される水とハロゲン化炭化水
素溶媒の両方に溶解可能な芳香族スルホン酸または脂肪
族スルホン酸から選ばれる。芳香族スルホン酸や脂肪族
スルホン酸は、本発明製造方法において使用される硫酸
との反応性が低いため、反応系中において安定に界面活
性機能を発揮することができる。
【0011】前記芳香族スルホン酸とは芳香環に直接−
SO3 H基が結合した構造を有するものである。該芳香
環には有機置換基が結合していても、結合していなくて
も構わない。これらは水とハロゲン化炭化水素溶媒の両
方に溶解可能なものであれば、格別限定されるものでは
ないが、具体的には非置換芳香族スルホン酸または置換
芳香族スルホン酸であり、水和水の有無で制限されるも
のではない。これらの例として、例えば以下の化合物を
挙げることができる。
【0012】(1)非置換芳香族スルホン酸 例:ベンゼンスルホン酸(C6 5 SO3 H・1.5〜
2.0H2 O)。これは無水物であっても構わない。 (2)置換芳香族スルホン酸 (イ)アルキルベンゼンスルホン酸 例: トルエンスルホン酸(CH3 6 4 SO
3 H)、o−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホ
ン酸、m−トルエンスルホン酸のいずれでもよく、水和
水を有していても構わない。 2,5−ジメチルベンゼンスルホン酸 3,4−ジメチルベンゼンスルホン酸 m−キシレンスルホン酸 (ロ)(イ)以外の置換芳香族スルホン酸の例として
は、スチレンスルホン酸等の不飽和基置換芳香族スルホ
ン酸が挙げられる。 (3)ハロゲン化ベンゼンスルホン酸 例:4−クロロベンゼンスルホン酸(Cl−C6 4
SO3 H) 4−クロロベンゼンスルホン酸1水和物(Cl−C6
4 −SO3 H・H 2 O),
【0013】前記脂肪族スルホン酸とは脂肪族基に−S
3 H基が結合した構造を有するものである。水とハロ
ゲン化炭化水素溶媒の両方に溶解可能なものであれば格
別限定されるものではないが、具体的には、飽和脂肪族
スルホン酸、不飽和脂肪族スルホン酸等を挙げることが
できる。これらの例として以下の化合物を挙げることが
できる。 (1)飽和脂肪族スルホン酸 例:メタンスルホン酸(CH3 −SO3 H) エタンスルホン酸(C2 5 −SO3 H) (2)不飽和脂肪族スルホン酸 例:炭素数3または4のアルケニルスルホン酸
【0014】硫酸に対する非反応性の程度を考慮する
と、特に次の有機スルホン酸が好適である:ベンゼンス
ルホン酸、ベンゼンスルホン酸の水和物、p−トルエン
スルホン酸、p−トルエンスルホン酸の水和物、エタン
スルホン酸。
【0015】本発明においては、反応媒体である水相と
有機相からなる2相が形成される。この2相を形成する
ために硫酸、有機ハロゲン化物、ハロゲン化炭化水素及
び必要に応じて水が添加される。これらの内、硫酸、及
び必要に応じて添加される水の合計量に占める該有機ス
ルホン酸(水和水があるときはその重量を除く)の重量
割合は、5重量%以上であることが望ましい。これを下
回る場合、他の条件が本発明の構成要件を満たしていて
も、水素シルセスキオキサン樹脂の収率が著しく低下す
る。この上限は、使用する有機スルホン酸が水相中に溶
解できる範囲内であれば、格別限定されないが、通常は
5重量%〜40重量%の範囲で使用される。水相中への
溶解度が高い有機スルホン酸の場合、この範囲を上回っ
ても十分な収率をあげることが可能な場合もあるが、水
素シルセスキオキサン樹脂の収率と有機スルホン酸使用
量との経済性を考慮すると、前記範囲が推奨される。
【0016】本発明においては前記水相と有機相とから
なる2相系を予め調製し、そこへトリクロロシランを添
加するが、実用的にはトリクロロシランをハロゲン化炭
化水素溶媒に溶かしたトリクロロシラン溶液を添加する
のが好ましい。ここで、該トリクロロシラン溶液が添加
される水相と有機相とからなる2相系においては、前記
有機スルホン酸は有機相中に0.008モル/L以上存
在することが望ましい。これを下回る場合、他の条件が
本発明の構成要件を満たしていても、水素シルセスキオ
キサン樹脂の収率が著しく低下してしまう。この上限は
格別規定されないが、通常は2モル/L程度までが選択
される。有機相中にこの程度までの有機スルホン酸が存
在すれば、実用上十分な収率が確保される。
【0017】典型的な本発明製造方法は、次のようであ
る。 1)硫酸の水溶液(以下、「硫酸溶液」と称する。)
に、前記有機スルホン酸を溶解させて有機スルホン酸溶
液を調整する。ここで、必要量の水を加えて調整しても
構わない。 2)前記有機スルホン酸溶液を前記ハロゲン化炭化水素
溶媒に溶解させ、水相−有機相の2相からなる反応媒体
を調整する。 3)HSiCl3 を前記ハロゲン化炭化水素溶媒に溶解
させたものを調整し、トリクロロシラン溶液を調整す
る。 4)前記反応媒体を急速に攪拌しながら、前記トリクロ
ロシラン溶液を徐々に添加する。この添加操作の一般的
な方法としては、滴下が挙げられる。トリクロロシラン
溶液の添加に要する時間は、トリクロロシラン溶液の添
加量にもよるが、トリクロロシラン溶液が重量比で1:
1程度のトリクロロシランとハロゲン化炭化水素溶媒か
らなる場合、数分から数十分である。 5)添加終了後、通常は10℃からトリクロロシランの
沸点未満の温度で、例えば、30分〜120分程度攪拌
する。この温度条件は、実用的には、室温から25℃程
度が選択される。 6)次に、分液ロートにて有機相と水相を分離する。 7)有機相を通常の方法で洗浄する。例えば、有機相に
炭酸カルシウムを加えて中和し、さらに硫酸マグネシウ
ムを加えて脱水させてから、ろ過する。 8)得られた固形物をストリップして、水素シルセスキ
オキサン樹脂を得る。
【0018】HSiCl3 1モルを加水分解縮合するに
は、水が1.5モル以上必要である。本発明においても
その量以上の水の使用が好ましい。通常は、使用するH
SiCl3 の量に応じて、添加する水分を調整する。
尚、硫酸水溶液や有機スルホン酸(水和物)に由来する
水分により必要量の水が確保されるときは、水を単独で
加えなくても勿論かまわない。
【0019】以下に本発明の実施態様を示す。 (実施態様1)下記水相(I)及び有機相(II)とから
なる2相系中において、トリクロロシラン(HSiCl
3 )の加水分解縮合を行うことを特徴とする水素シルセ
スキオキサン樹脂の製造方法: (I)水相:芳香族スルホン酸又は脂肪族スルホン酸か
ら選ばれる有機スルホン酸と硫酸が溶解された水溶液で
あり、前記硫酸は水相中に存在する硫酸と水(前記有機
スルホン酸が水和物であるときは、それに含まれる水和
水も含まれる)の合計重量のうち80重量%以上、96
重量%以下の範囲にあるもの;及び (II)有機相:前記トリクロロシランを溶解可能であ
り、硫酸に対して実質的に反応性を有しないハロゲン化
炭化水素溶媒に前記有機スルホン酸が0.008モル/
リットル以上溶解してなる溶液;ここに、前記2相を形
成するために添加される硫酸、有機スルホン酸及び必要
に応じて添加される水の合計重量に占める前記有機スル
ホン酸(水和物であるときはそれに含まれる水和水の重
量を除く)の重量割合は5重量%以上である。
【0020】(実施態様2)トリクロロシランを前記ハ
ロゲン化炭化水素溶媒に溶解した溶液を、前記2相系に
加えて加水分解縮合を行うことを特徴とする実施態様1
に記載の水素シルセスキオキサン樹脂の製造方法。
【0021】(実施態様3)前記有機スルホン酸がベン
ゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、クロロベンゼン
スルホン酸又はエタンスルホン酸から選ばれる、実施態
様1又は2に記載の水素シルセスキオキサン樹脂の製造
方法。
【0022】(実施態様4)前記ハロゲン化炭化水素溶
媒が、炭素数3以上12以下の脂肪族ハロゲン化炭化水
素溶媒又は炭素数6以上18以下の芳香族ハロゲン化炭
化水素溶媒から選ばれたものである実施態様1〜3のい
ずれかに記載の水素シルセスキオキサン樹脂の製造方
法。
【0023】(実施態様5)前記ハロゲン化炭化水素溶
媒が、塩化イソプロピル、1−クロロペンタン、クロロ
ベンゼン、o−ジクロロベンゼン又はp−トリフルオロ
メチルクロロベンゼンから選ばれたものである実施態様
4に記載の水素シルセスキオキサン樹脂の製造方法。
【0024】
【実施例】以下例1〜23のうち、例1、2、3、8、
10及び17は比較例であり、それ以外は実施例であ
る。以下の例において、有機相中における有機スルホン
酸の濃度は、プロトンNMRを用いて測定した。
【0025】(例1)(比較例) 50.2gのp−トルエンスルホン酸1水和物を15
1.3gの90%硫酸(硫酸濃度90重量%の水溶液の
意味である。以下同様。)に溶解して、溶液(水相)を
調製した。この溶液(水相)における後記「(A)有機
スルホン酸の割合」と後記「(B)硫酸の割合」を表1
に示す。この溶液を270.2g(384mL)のオクタ
ンと混合し、水相と有機相とからなる2相混合物を作っ
た。この混合物を急速に攪拌しながら、これに48.1
gのHSiCl3 を45.2gのオクタンに溶解したも
のを40分かけて添加した。添加の後、反応混合物を2
時間攪拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離さ
せ、有機相を洗浄し、乾燥し、真空中でストリップして
0.5g(収率3%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオ
キサン樹脂)を得た。またこの実験により無水のp−ト
ルエンスルホン酸はオクタンに不溶性であることが見い
だされた。
【0026】(例2)(比較例) 50.6gのp−トルエンスルホン酸1水和物を15
1.9gの90%硫酸に溶解して、溶液(水相)を調製
した。この溶液(水相)における後記「(A)有機スル
ホン酸の割合」と後記「(B)硫酸の割合」を表1に示
す。この溶液を295.8g(384mL)のメチルシク
ロヘキサンと混合し、水相と有機相とからなる2相混合
物を作った。この混合物を急速に攪拌しながら、これに
49.0gのHSiCl3 を49.4gのメチルシクロ
ヘキサンに溶解したものを40分かけて添加した。添加
の後、反応混合物を2時間攪拌し、分液ロートで水相と
有機相の2相を分離させ、有機相を洗浄し、乾燥し、真
空中でストリップして1.3g(7%)の可溶性樹脂
(水素シルセスキオキサン樹脂)を得た。またこの実験
により無水のp−トルエンスルホン酸はメチルシクロヘ
キサンに不溶性であることが見いだされた。
【0027】(例3)(比較例) 50.7gのp−トルエンスルホン酸1水和物を15
2.1gの90%硫酸に溶解して、溶液(水相)を調製
した。この溶液(水相)における後記「(A)有機スル
ホン酸の割合」と後記「(B)硫酸の割合」を表1に示
す。この溶液を332.2g(384mL)のトルエンと
混合し、水相と有機相とからなる2相混合物を作った。
この混合物を急速に攪拌しながら、これに50.0gの
HSiCl 3 を55.6gのオクタンに溶解したものを
40分かけて添加した。添加の後、反応混合物を2時間
攪拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離させ、
有機相を洗浄し、乾燥し、真空中でストリップして1
6.8g(86%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキ
サン樹脂)を得た。またこの実験により無水のp−トル
エンスルホン酸はトルエンに非常に溶解性が高いことが
見いだされた。また、分離された水相に対して更に水を
次の条件で加えたところ、大量の沈殿が認められた。水
相:水=100:5(重量比)。
【0028】(例4)50.6gのp−トルエンスルホ
ン酸1水和物を151.6gの90%硫酸に溶解して、
溶液(水相)を調製した。この溶液(水相)における後
記「(A)有機スルホン酸の割合」と後記「(B)硫酸
の割合」を表1に示す。この溶液を425.8g(38
4mL)のクロロベンゼンと混合し、水相と有機相とから
なる2相混合物を作った。この有機相中のp−トルエン
スルホン酸の濃度は0.108モル/Lであった。この
混合物を急速に攪拌しながら、これに49.3gのHS
iCl3 を71.3gのクロロベンゼンに溶解したもの
を40分かけて添加した。添加の後、反応混合物を2時
間攪拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離さ
せ、有機相を洗浄し、乾燥し、真空中でストリップして
18.4g(95%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオ
キサン樹脂)を得た。またこの実験により無水のp−ト
ルエンスルホン酸はクロロベンゼンに非常に溶解性が高
いことが見いだされた。また、分離された水相に対して
更に水を次の条件で加えたところ、沈殿は生じなかっ
た。水相:水=100:5(重量比)。
【0029】(例5)50.6gのp−トルエンスルホ
ン酸1水和物を151.8gの90%硫酸に溶解して、
溶液(水相)を調製した。この溶液(水相)における後
記「(A)有機スルホン酸の割合」と後記「(B)硫酸
の割合」を表1に示す。この溶液を500.3g(38
8mL)のo−ジクロロベンゼンと混合し、水相と有機相
とからなる2相混合物を作った。この有機相中のp−ト
ルエンスルホン酸の濃度は0.118モル/Lであっ
た。この混合物を急速に攪拌しながら、これに48.2
gのHSiCl3 を83.5gのo−ジクロロベンゼン
に溶解したものを40分かけて添加した。添加の後、反
応混合物を2時間攪拌し、分液ロートで水相と有機相の
2相を分離させ、有機相を洗浄し、乾燥し、真空中でス
トリップして14.0g(74%)の可溶性樹脂(水素
シルセスキオキサン樹脂)を得た。またこの実験により
無水のp−トルエンスルホン酸はo−ジクロロベンゼン
に非常に溶解性が高いことが見いだされた。また、分離
された水相に対して更に水を次の条件で加えたところ、
沈殿は生じなかった。水相:水=100:5(重量
比)。
【0030】(例6)50.8gのp−トルエンスルホ
ン酸1水和物を151.6gの90%硫酸に溶解して、
溶液(水相)を調製した。この溶液(水相)における後
記「(A)有機スルホン酸の割合」と後記「(B)硫酸
の割合」を表1に示す。この溶液を330.4g(38
4mL)の塩化i−プロピルと混合し、水相と有機相とか
らなる2相混合物を作った。この有機相中のp−トルエ
ンスルホン酸の濃度は0.046モル/Lであった。こ
の混合物を急速に攪拌しながら、これに47.0gのH
SiCl3 を55.0gの塩化i−プロピルに溶解した
ものを40分かけて添加した。添加の後、反応混合物を
2時間攪拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離
させ、有機相を洗浄し、乾燥し、真空中でストリップし
て15.2g(85%)の可溶性樹脂(水素シルセスキ
オキサン樹脂)を得た。またこの実験により無水のp−
トルエンスルホン酸は塩化i−プロピルに溶解性を有す
ることが見いだされた。また、分離された水相に対して
更に水を次の条件で加えたところ、沈殿は生じなかっ
た。水相:水=100:5(重量比)。
【0031】(例7)16.30gのベンゼンスルホン
酸1水和物を188.4gの90%硫酸及び9.60g
の水に溶解して、溶液(水相)を調製した。この溶液
(水相)における後記「(A)有機スルホン酸の割合」
と後記「(B)硫酸の割合」を表1に示す。この溶液を
400mLの塩化i−プロピルと混合し、水相と有機相と
からなる2相混合物を作った。ベンゼンスルホン酸は有
機相中に分配された。前記有機相中のベンゼンスルホン
酸の濃度は0.014モル/Lであった。この混合物を
急速に攪拌しながら、これに49.9gのHSiCl3
を51.5gの塩化i−プロピルに溶解したものを40
分かけて添加した。添加の完了の後、反応混合物を2時
間攪拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離さ
せ、有機相を洗浄し、乾燥し、ストリップして8.0g
(40.9%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン
樹脂)を得た。また、分離された水相に対して更に水を
次の条件で加えたところ、沈殿は生じなかった。水相:
水=100:5(重量比)。
【0032】(例8)(比較例) 16.40gのベンゼンスルホン酸1水和物を580.
20gの98%硫酸及び16.70gの水に溶解して、
溶液(水相)を調製した。この溶液(水相)における後
記「(A)有機スルホン酸の割合」と後記「(B)硫酸
の割合」を表1に示す。この溶液を400mLの塩化i−
プロピルと混合し、水相と有機相とからなる2相混合物
を作った。前記有機相中にベンゼンスルホン酸は全く検
出されなかった。この混合物を急速に攪拌しながら、こ
れに49.9gのHSiCl3 を51.7gの塩化i−
プロピルに溶解したものを40分かけて添加した。添加
の完了の後、反応混合物を2時間攪拌し、分液ロートで
水相と有機相の2相を分離させ、有機相を洗浄し、乾燥
し、ストリップして0.1g(0.5%)の可溶性樹脂
(水素シルセスキオキサン樹脂)を得た。
【0033】(例9)48.80gのベンゼンスルホン
酸1水和物を188.4gの90%硫酸及び6.10g
の水に溶解して、溶液(水相)を調製した。この溶液
(水相)における後記「(A)有機スルホン酸の割合」
と後記「(B)硫酸の割合」を表1に示す。この溶液を
400mLの塩化i−プロピルと混合し、水相と有機相と
からなる2相混合物を作った。ベンゼンスルホン酸は有
機相中に分配された。前記有機相中のベンゼンスルホン
酸の濃度は0.027モル/Lであった。この混合物を
急速に攪拌しながら、これに45.4gのHSiCl3
を51.5gの塩化i−プロピルに溶解したものを40
分かけて添加した。添加の完了の後、反応混合物を2時
間攪拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離さ
せ、有機相を洗浄し、乾燥し、ストリップして14.1
g(79.2%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキサ
ン樹脂)を得た。また、分離された水相に対して更に水
を次の条件で加えたところ、沈殿は生じなかった。水
相:水=100:5(重量比)。
【0034】(例10)(比較例) 49.0gのベンゼンスルホン酸1水和物を580.2
gの98%硫酸及び13.4gの水に溶解して、溶液
(水相)を調製した。この溶液(水相)における後記
「(A)有機スルホン酸の割合」と後記「(B)硫酸の
割合」を表1に示す。この溶液を400mLの塩化i−プ
ロピル(塩化イソプロピル)と混合し、水相と有機相と
からなる2相混合物を作った。前記有機相中にベンゼン
スルホン酸は全く検出されなかった。この混合物を急速
に攪拌しながら、これに46.2gのHSiCl3 を5
1.5gの塩化i−プロピルに溶解したものを40分か
けて添加した。添加の完了の後、反応混合物を2時間攪
拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離させ、有
機相を洗浄し、乾燥し、ストリップして0.4g(2.
2%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン樹脂)を
得た。
【0035】(例11)32.70gのベンゼンスルホ
ン酸1水和物を183.4gの98%硫酸及び13.0
gの水に溶解して、溶液(水相)を調製した。この溶液
(水相)における後記「(A)有機スルホン酸の割合」
と後記「(B)硫酸の割合」を表1に示す。この溶液を
400mLの塩化i−プロピルと混合し、水相と有機相と
からなる2相混合物を作った。ベンゼンスルホン酸は有
機相中に分配された。前記有機相中のベンゼンスルホン
酸の濃度は0.018モル/Lであった。この混合物を
急速に攪拌しながら、これに49.2gのHSiCl3
を51.5gの塩化i−プロピルに溶解したものを40
分かけて添加した。添加の完了の後、反応混合物を2時
間攪拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離さ
せ、有機相を洗浄し、乾燥し、ストリップして7.2g
(37.3%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン
樹脂)を得た。また、分離された水相に対して更に水を
次の条件で加えたところ、沈殿は生じなかった。水相:
水=100:5(重量比)。
【0036】(例12)32.6gのベンゼンスルホン
酸1水和物を183.4gの98%硫酸及び13.0g
の水に溶解して、溶液(水相)を調製した。この溶液
(水相)における後記「(A)有機スルホン酸の割合」
と後記「(B)硫酸の割合」を表1に示す。この溶液を
400mLの塩化i−プロピルと混合し、水相と有機相と
からなる2相混合物を作った。ベンゼンスルホン酸は有
機相中に分配された。前記有機相中のベンゼンスルホン
酸の濃度は0.018モル/Lであった。この混合物を
急速に攪拌しながら、これに48.5gのHSiCl3
を51.5gの塩化i−プロピルに溶解したものを40
分かけて添加した。添加の完了の後、反応混合物を2時
間攪拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離さ
せ、有機相を洗浄し、乾燥し、ストリップして8.7g
(45.8%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン
樹脂)を得た。また、分離された水相に対して更に水を
次の条件で加えたところ、沈殿は生じなかった。水相:
水=100:5(重量比)。
【0037】(例13)32.6gのベンゼンスルホン
酸1水和物を183.5gの98%硫酸及び13.0g
の水に溶解して、溶液(水相)を調製した。この溶液
(水相)における後記「(A)有機スルホン酸の割合」
と後記「(B)硫酸の割合」を表1に示す。この溶液を
400mLの塩化i−プロピルと混合し、水相と有機相と
からなる2相混合物を作った。ベンゼンスルホン酸は有
機相中に分配された。前記有機相中のベンゼンスルホン
酸の濃度は0.018モル/Lであった。この混合物を
急速に攪拌しながら、これに48.2gのHSiCl3
を51.5gの塩化i−プロピルに溶解したものを40
分かけて添加した。添加の完了の後、反応混合物を2時
間攪拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離さ
せ、有機相を洗浄し、乾燥し、ストリップして8.7g
(46.1%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン
樹脂)を得た。また、分離された水相に対して更に水を
次の条件で加えたところ、沈殿は生じなかった。水相:
水=100:5(重量比)。
【0038】(例14)128.3gの非水和ベンゼン
スルホン酸を290.1gの98%硫酸及び9.2gの
水に溶解して、溶液(水相)を調製した。この溶液(水
相)における後記「(A)有機スルホン酸の割合」と後
記「(B)硫酸の割合」を表1に示す。この溶液を20
0mLの塩化i−プロピルと混合し、水相と有機相とから
なる2相混合物を作った。ベンゼンスルホン酸は有機相
中に分配された。前記有機相中のベンゼンスルホン酸の
濃度は0.028モル/Lであった。この混合物を急速
に攪拌しながら、これに24.0gのHSiCl3 を2
6.2gの塩化i−プロピルに溶解したものを40分か
けて添加した。添加の完了の後、反応混合物を2時間攪
拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離させ、有
機相を洗浄し、乾燥し、ストリップして4.4g(4
6.8%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン樹
脂)を得た。また、分離された水相に対して更に水を次
の条件で加えたところ、沈殿は生じなかった。水相:水
=100:5(重量比)。
【0039】(例15)64.5gのベンゼンスルホン
酸1水和物を189.2gの90%硫酸及び4.6gの
水に溶解して、溶液(水相)を調製した。この溶液(水
相)における後記「(A)有機スルホン酸の割合」と後
記「(B)硫酸の割合」を表1に示す。この溶液を40
0mLの塩化i−プロピルと混合し、水相と有機相とから
なる2相混合物を作った。ベンゼンスルホン酸は有機相
中に分配された。前記有機相中のベンゼンスルホン酸の
濃度は0.024モル/Lであった。この混合物を急速
に攪拌しながら、これに49.0gのHSiCl3 を5
1.7gの塩化i−プロピルに溶解したものを40分か
けて添加した。添加の完了の後、反応混合物を2時間攪
拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離させ、有
機相を洗浄し、乾燥し、ストリップして14.0g(7
2.9%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン樹
脂)を得た。また、分離された水相に対して更に水を次
の条件で加えたところ、沈殿は生じなかった。水相:水
=100:5(重量比)。
【0040】(例16)141.4gのベンゼンスルホ
ン酸1水和物を172.6gの98%硫酸及び12.1
gの水に溶解して、溶液(水相)を調製した。この溶液
(水相)における後記「(A)有機スルホン酸の割合」
と後記「(B)硫酸の割合」を表1に示す。この溶液を
400mLの塩化i−プロピルと混合し、水相と有機相と
からなる2相混合物を作った。ベンゼンスルホン酸は有
機相中に分配された。前記有機相中のベンゼンスルホン
酸の濃度は0.045モル/Lであった。この混合物を
急速に攪拌しながら、これに47.5gのHSiCl3
を60mLの塩化i−プロピルに溶解したものを40分か
けて添加した。添加の完了の後、反応混合物を2時間攪
拌し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離させ、有
機相を洗浄し、乾燥し、ストリップして16.0g(8
5.9%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン樹
脂)を得た。また、分離された水相に対して更に水を次
の条件で加えたところ、沈殿は生じなかった。水相:水
=100:5(重量比)。
【0041】(例17)(比較例) 48.8gのベンゼンスルホン酸1水和物を77.6g
の98%硫酸及び17.2gの水に溶解して、溶液(水
相)を調製した。この溶液(水相)における後記
「(A)有機スルホン酸の割合」と後記「(B)硫酸の
割合」を表1に示す。この溶液を400mLの塩化i−プ
ロピルと混合し、水相と有機相とからなる2相混合物を
作った。ベンゼンスルホン酸は有機相中に分配された。
前記有機相中のベンゼンスルホン酸の濃度は0.007
モル/Lであった。この混合物を急速に攪拌しながら、
これに48.2gのHSiCl3 を51.5mLの塩化i
−プロピルに溶解したものを40分かけて添加した。添
加の完了の後、反応混合物を2時間攪拌し、分液ロート
で水相と有機相の2相を分離させ、有機相を洗浄し、乾
燥し、真空中でストリップした。この調製方法では可溶
性樹脂(水素シルセスキオキサン樹脂)は得られなかっ
た。
【0042】(例18)50.5gのp−トルエンスル
ホン酸1水和物を151.4gの90%硫酸に溶解し
て、溶液(水相)を調製した。この溶液(水相)におけ
る後記「(A)有機スルホン酸の割合」と後記「(B)
硫酸の割合」を表1に示す。この溶液を339.8g
(385mL)の1−クロロペンタンと混合し、水相と有
機相とからなる2相混合物を作った。この混合物を急速
に攪拌しながら、これに49.3gのHSiCl3 を5
6.6gの1−クロロペンタンに溶解したものを35分
かけて添加した。添加の後、反応混合物を2時間攪拌
し、分液ロートで水相と有機相の2相を分離させ、有機
相を洗浄し、乾燥し、真空中でストリップして17.1
g(88%)の可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン樹
脂)を得た。無水のp−トルエンスルホン酸は1−クロ
ロペンタンに非常に溶解性が高いことが見いだされた。
また、分離された水相に対して更に水を次の条件で加え
たところ、沈殿は生じなかった。水相:水=100:5
(重量比)。
【0043】(例19)1リットルの通常の三つ口フラ
スコに50.5gのp−トルエンスルホン酸1水和物、
151.5gの90%硫酸及び429.5gのクロロベ
ンゼンを入れ、300rpmで攪拌混合し、水相と有機
相とからなる2相混合物を作った。この溶液(水相)に
おける後記「(A)有機スルホン酸の割合」と後記
「(B)硫酸の割合」を表1に示す。この有機相中のp
−トルエンスルホン酸の濃度は0.108モル/Lであ
った。更に50.0gのHSiCl3 を70.0gのク
ロロベンゼンに溶解したものを50分かけて添加した。
添加の後、反応混合物を2時間攪拌した。その後この混
合物を分液ロートに入れ、水相を排出した。得られた有
機相を100mLの47%硫酸で2回洗浄し、更に100
mLの脱イオン水で2回洗浄した。この有機相に約20g
のCaCO3 を加え、10分攪拌して中和し、次いで約
20gのMgSO4 を加え、10分攪拌して脱水した。
この溶液をろ過し、次いで溶媒をストリップした。可溶
性樹脂(水素シルセスキオキサン樹脂)17.9gを
得、収率は91%であった。
【0044】(例20)1リットルの通常の三つ口フラ
スコに、例19で得られた水相(酸を多量に含む)19
0.0g、水10.0g及び429.5gのクロロベン
ゼンを入れ、300rpmで攪拌混合し、水相と有機相
とからなる2相混合物を作った。更に50.0gのHS
iCl3 を70.0gのクロロベンゼンに溶解したもの
を60分かけて添加した。添加の後、反応混合物を2時
間攪拌した。その後この混合物を分液ロートに入れ、水
相を排出した。排出された水相は186.0gあり、1
0.0gの水を加えた後、結晶性固体は全く観察されな
かった。得られた有機相を100mLの47%硫酸で2回
洗浄し、更に100mLの脱イオン水で2回洗浄した。こ
の有機相に約20gのCaCO3 を加え、10分攪拌し
て中和し、次いで約20gのMgSO4 を加え、10分
攪拌して脱水した。この溶液をろ過し、次いで溶媒をス
トリップした。可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン樹
脂)16.7gを得、収率は85%であった。
【0045】(例21)1リットルの通常の三つ口フラ
スコに、50.5gのベンゼンスルホン酸1水和物、1
51.5gの90%硫酸及び509.6gのp−トリフ
ルオロメチルクロロベンゼンを入れ、300rpmで攪
拌混合し、水相と有機相とからなる2相混合物を作っ
た。この溶液(水相)における後記「(A)有機スルホ
ン酸の割合」と後記「(B)硫酸の割合」を表1に示
す。この有機相中のp−トリフルオロメチルクロロベン
ゼンの濃度は0.043モル/Lであった。更に50.
0gのHSiCl3 を86.9gのクロロベンゼンに溶
解したものを60分かけて添加した。添加の後、反応混
合物を2時間攪拌した。その後この混合物を分液ロート
に入れ、水相を排出した。排出された水相は200.0
gあり、10.0gの水を加えた後、結晶性固体は全く
観察されなかった。得られた有機相を100mLの47%
硫酸で2回洗浄した。100mLのヘキサンを加えて2相
分離をさせた。更に100mLの脱イオン水で2回洗浄し
た。有機相に約20gのCaCO3 を加え、10分攪拌
して中和し、次いで約20gのMgSO4 を加え、10
分攪拌して脱水した。この溶液をろ過し、次いで溶媒を
ストリップした。可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン
樹脂)11.7gを得、収率は59.7%であった。
【0046】(例22)1リットルの通常の三つ口フラ
スコに50.5gのp−トルエンスルホン酸1水和物、
151.5gの90%硫酸及び330.0gの塩化i−
プロピルを入れ、600rpm で攪拌混合し、水相と有機
相とからなる2相混合物を作った。この溶液(水相)に
おける後記「(A)有機スルホン酸の割合」と後記
「(B)硫酸の割合」を表1に示す。この有機相中のp
−トルエンスルホン酸の濃度は0.045モル/Lであ
った。更に48.5gのHSiCl3 を55.0gの塩
化i−プロピルに溶解したものを55分かけて添加し
た。添加の後、反応混合物を2時間攪拌した。その後こ
の混合物を分液ロートに入れ、水相を排出した。得られ
た有機相を100mLの47%硫酸で2回洗浄し、更に1
00mLの脱イオン水で2回洗浄した。この有機相に約2
0gのCaCO3 を加え、10分攪拌して中和し、次い
で約20gのMgSO4 を加え、10分攪拌して脱水し
た。この溶液をろ過し、次いで溶媒をストリップした。
可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン樹脂)16.4g
を得、収率は86.3%であった。
【0047】(例23)1リットルの通常の三つ口フラ
スコに、例22で得られた酸の相203.7g、水1
0.0g及び330.4gの塩化i−プロピルを入れ、
600rpm で攪拌混合し、水相と有機相とからなる2相
混合物を作った。更に46.8gのHSiCl3 を5
5.2gの塩化i−プロピルに溶解したものを60分か
けて添加した。添加の後、反応混合物を2時間攪拌し
た。その後この混合物を分液ロートに入れ、水相を排出
した。排出された水相は193.6gあり、10.0g
の水を加えた後、結晶性固体は全く観察されなかった。
得られた有機相を100mLの47%硫酸で2回洗浄し、
更に100mLの脱イオン水で2回洗浄した。この有機相
に約20gのCaCO3 を加え、10分攪拌して中和
し、次いで約20gのMgSO4 を加え、10分攪拌し
て脱水した。この溶液をろ過し、次いで溶媒をストリッ
プした。可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン樹脂)1
7.2gを得、収率は93.8%であった。
【0048】(例24)エタンスルホン酸22.5g、
90%硫酸水溶液75.0g、及び水2.5gを500
mlの三つ口フラスコへ注入して溶液(水相)を調製し
た。この溶液(水相)における後記「(A)有機スルホ
ン酸の割合」と後記「(B)硫酸の割合」を表1に示
す。水相を調製した際の水相におけるエタンスルホン酸
濃度は22.5重量%であった。上記水相に塩化i−プ
ロピル172.8gを加えて水相と有機相からなる2相
系を調製した。ここで、有機相中でのエタンスルホン酸
濃度を測定したところ0.01モル/Lであった。調製
した2相系を攪拌しながら、トリクロロシランの塩化i
−プロピル溶液(トリクロロシラン25.0g/塩化i
−プロピル21.30g)を70分かけて滴下した。こ
の反応混合物を引き続き2時間攪拌した。反応混合物を
分液ロートに注いで有機相を得た。この有機相を47%
硫酸溶液で2回洗浄した。更に、有機相をイオン交換水
で2回洗浄した。有機相に乾燥剤(炭酸カルシウム)を
投入し、10分間攪拌した。この有機相に更に乾燥剤
(硫酸マグネシウム)を投入し、10分間攪拌した。有
機相を濾過し、有機溶媒をストリップして、4.5gの
溶剤可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン樹脂)を得
た。収率は45.9%であった。
【0049】以上のデータをまとめて次の表1に示す。
表1の(A)及び(B)の各欄に示したデータの意味は
以下の通りである。 (A)有機スルホン酸の割合(水和物における水和水は
除く),単位(重量%):次のいずれかを指す: (ア)有機スルホン酸と硫酸水溶液から有機スルホ
ン酸溶液を調製した場合においては、これら及びの
合計重量に占める有機スルホン酸(但し、該有機スルホ
ン酸が水和物である場合は、該水和物に含まれる水和水
は除く。)の重量%; (イ)有機スルホン酸、硫酸水溶液及び水(単独
で加えたもの)から有機スルホン酸溶液を調製した場合
においては、これら、及びの合計量に占める有機
スルホン酸(但し、該有機スルホン酸が水和物である場
合は、該水和物に含まれる水和水は除く。)の重量%。 (B)硫酸の割合,単位(重量%):上記(ア)又は
(イ)の界面活性剤溶液中に存在する水(上記有機スル
ホン酸が水和物である場合は、該水和水をも含む)と硫
酸の合計量に占める純粋硫酸の重量%。
【0050】 〔表1〕 (A) (B) 有機スル 硫酸 有機相中の 有機 ホン酸の の 有機スルホ スルホ 割合 割合 ン酸の濃度 収率例No. ン酸 溶媒 (wt%) wt% (モル/L) 1比 PTSA-MH オクタン 23 87 - 3 2比 PTSA-MH Meシクロヘキサン 23 87 - 7 3比 PTSA-MH トルエン 23 87 - 86 4 PTSA-MH クロロベンゼン 23 87 0.108 95 5 PTSA-MH o-ジクロロベンゼン 23 87 0.118 74 6 PTSA-MH 塩化イソプロピル 23 87 0.046 85 7 BS-MH 塩化イソプロピル 7 85 0.014 40.9 8比 BS-MH 塩化イソプロピル 2 95 0 0.5 9 BS-MH 塩化イソプロピル 18 85 0.027 79.2 10比 BS-MH 塩化イソプロピル 7 95 0 2.2 11 BS-MH 塩化イソプロピル 13 90 0.018 37.3 12 BS-MH 塩化イソプロピル 13 90 0.018 45.8 13 BS-MH 塩化イソプロピル 13 90 0.018 46.1 14 非水和BS 塩化イソプロピル 30 95 0.028 46.8 15 BS-MH 塩化イソプロピル 22 85 0.024 72.9 16 BS-MH 塩化イソプロピル 39 85 0.045 85.9 17比 BS-MH 塩化イソプロピル 31 75 0.007 0 18 PTSA-MH 1-クロロペンタン 23 87 0.021 88 19 PTSA-MH クロロベンゼン 23 87 0.108 91 20 PTSA-MH クロロベンゼン 85 21 BS-MH p-トリフルオロメチル 23 87 0.043 59.7 クロロベンゼン 22 PTSA-MH 塩化イソプロピル 23 87 0.045 86.3 23 PTSA-MH 塩化イソプロピル - - - 93.824 非水和-ES 22.5 87 0.01 45.9 注)PTSA-MH :パラトルエンスルホン酸1水和物。 BS-MH :ベンゼンスルホン酸1水和物。 非水和BS:非水和ベンゼンスルホン酸。 非水和ES:非水和エタンスルホン酸。
【0051】
【発明の効果】本発明製造方法により、高収率で水素シ
ルセスキオキサン樹脂を得ることができるうえに、有機
相に使用される有機溶媒の反応による損失が低レベルで
あり、また水相で従来生じていたような過飽和現象に起
因するベンゼンスルホン酸等の沈殿の生成も排除できる
ので、有機溶媒や水相中の硫酸や所定の有機スルホン酸
を有効に再利用することが可能となった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記水相(I)及び有機相(II)とから
    なる2相系中において、トリクロロシラン(HSiCl
    3 )の加水分解縮合を行うことを特徴とする水素シルセ
    スキオキサン樹脂の製造方法: (I)水相:芳香族スルホン酸又は脂肪族スルホン酸か
    ら選ばれる有機スルホン酸と硫酸が溶解された水溶液で
    あり、前記硫酸は水相中に存在する硫酸と水(前記有機
    スルホン酸が水和物であるときは、それに含まれる水和
    水も含まれる)の合計重量のうち80重量%以上、96
    重量%以下の範囲にあるもの;及び (II)有機相:前記トリクロロシランを溶解可能であ
    り、硫酸に対して実質的に反応性を有しないハロゲン化
    炭化水素溶媒に前記有機スルホン酸が0.008モル/
    リットル以上溶解してなる溶液;ここに、前記2相を形
    成するために添加される硫酸、有機スルホン酸及び必要
    に応じて添加される水の合計重量に占める前記有機スル
    ホン酸(水和物であるときはそれに含まれる水和水の重
    量を除く)の重量割合は5重量%以上である。
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